Повышение надежности высокотемпературных электрических нагревателей типа радиационная труба на основе методов теории графов

Выполнен анализ особенностей работы электрических нагревателей закрытого вида типа радиационная труба. На основе опыта эксплуатации радиационных труб производства компании «ПромТермоСистема» (Беларусь) показаны ключевые аспекты, влияющие на долговечность нагревателей. В качестве основных технических проблем рассматриваются плотное расположение нагревательных элементов (металлических прутков) в малом объеме и связанные с этим электрические пробои электроизоляционных керамических вставок. На основе теории графов предложен метод анализа коммутации нагревательных элементов при их плотной упаковке, который позволил найти новые рациональные схемы коммутации. Метод основан на построении нумерованных графов на отверстиях в керамическом элементе для нагревательных прутков и нахождении графа с минимальным весом. По смыслу построения графа его вес пропорционален максимальной разности потенциалов между прутками. Найденные схемы коммутации снижают максимальную разность потенциалов на керамических изоляторах на 35–50 %, от 70 В до 35÷45 В, а напряженность электрического поля – от 10 кВ/м до 5,0÷6,5 кВ/м. Это позволяет пропорционально увеличить надежность и долговечность нагревателей, уменьшить вероятность электрических пробоев керамики. 

1. Гринчук, П. C. О проблемах развития отечественных технологий цементации конструкционных сталей / П. C. Гринчук, В. М. Константинов // Наука и инновации. – 2023. – № 1. – С. 19–23.

2. Гринчук, П. С. Математическое моделирование тепловых режимов работы электропечей сопротивления / П. C. Гринчук // Инженер.-физ. журн. – 2010. – Т. 83, № 1. – С. 28–37.

3. Электротермическое оборудование: справочник / под общ. ред. А. П. Альтгаузена, М. Я. Смелянского, М. С. Шевцова. – М.: Энергия, 1967. – 486, [1] с.

4. Хиппель, А. Р. Диэлектрики и их применение: пер. с англ. / А. Р. Хиппель. – М.: Госэнергоиздат, 1959. – 336 с.

5. Wilson, I. O. Magnesium oxide as a high-temperature insulant / I. O. Wilson // IEE Proceedings A (Physical Science, Measurement and Instrumentation, Management and Education, Reviews). – 1981. – Vol. 128, № 3. – P. 159–164. https://doi.org/10.1049/ip-a-1.1981.0026

6. Марковский, Л. Я. Химическая электротермия / Л. Я. Марковский, Д. Л. Оршанский, В. П. Прянишников. – Л.; М.: Госхимиздат, 1952. – 408 с.

7. Огнеупорные материалы на основе вторичных ресурсов и фосфатных соединений / К. Б. Подболотов [и др.] // Новые огнеупоры. – 2018. – № 12. – С. 9–13. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2018-12-9-13

8. Харари, Ф. Теория графов / Ф. Харари. – М.: Мир, 1973. – 300 с.

9. Эндрюс, Г. Теория разбиений: пер. с англ. / Г. Эндрюс. – М.: Наука, 1982. – 256 с.

10. Brauer, A. A problem of additive number theory and its application in electrical engineering / A. Brauer // Journal of the Elisha Mitchell Scientific Society. – 1945. – Vol. 61, №1/2. – P. 55–66.